Тонкости процесса расчета отопления

Создание отопительной системы в своем доме – дело очень важное. Было бы очень неразумно приобрести котел с оборудованием, не учитывая все особенности своего жилища. Здесь возможно встретиться либо с тем, что его мощность будет недостаточна – оборудованию придется трудиться «на полную», не делая перерывов в работе, а ожидаемый результат так и не будет достигнут, либо же можно приобрести слишком дорогостоящее устройство, поэтому не удастся использовать все его ресурсы.

При выборе котла нужно помнить, что он повлияет на многие нюансы, возможно, даже на расположение комнат.

По типу ресурсов, которые потребляют котлоагрегаты, их подразделяют по типам:

• электрический;
• твердотопливный;
• на жидком топливе;
• газовый.

Электроэнергия недешева, по этой причине электрокотлы не очень популярны. Как все знают, в сельской местности часто бывают аварии, ведущие к длительным паузам в ее подаче. Это крайне негативно сказывается на состоянии жилья и хозпостроек, поскольку в зимний период времени в России любой перерыв в отоплении может привести к самым печальным последствиям.

Твердотопливный агрегат может использовать самое разное топливо.

Его можно топить:

• углём;
• дровами;
• обломками деревянных поддонов;
• брикетами из отходов древесины.

Котлы на жидком топливе «питаются» либо дизтопливом, либо отработанным машинным маслом. Высокопроизводительны, но не распространены в частном секторе по причине высоких цен на дизтопливо и отсутствия специализированных площадей для его хранения. Преимуществом такого типа является перспективное подключение к газоснабжению. Оно производится простой заменой горелки.

Газовый котел – самый востребованный тип в наши дни из-за относительной дешевизны топлива, малых размеров и простоты эксплуатации.

Недостаточно купить нужное оборудование – нужно верно рассчитать его мощность и распределить отопительные приборы. Разумеется, идеальным вариантом решения проблемы было бы проведение подобных вычислений специалистами, но такой вариант достаточно дорог. Поэтому можно попробовать сделать это своими руками.

Расчеты количества калорий тепловой энергии при соответствии нормативу на единицу площади являются очень важными, так как впоследствии от этого будет зависеть комфорт нахождения в жилых помещениях.

Попытаемся разобраться, каким образом рассчитывают количество калорий, производимых системой отопления:

1. На первом этапе рассчитывают теплопотери на здание – это нужно, чтобы определить мощность котлов отопления и каждого радиатора. Рассчитывают их на каждое помещение, имеющее наружную стену.
2. Затем следует выбор температурного режима. Обычно его рассчитывают, используя значения 75-65-20 в соответствии с EN442. Большинство отопительного оборудования, произведенного за пределами РФ, настроено именно на него.
3. Подбирая мощности отопительных приборов, учитывают полученные внутренние теплопотери.
4. Расчеты гидравлики производят для известных данных по трубам и циркуляционным насосам.
5. При выборе котла происходит расчет объема отопительной системы, поскольку вместительность сетей отопления напрямую влияет на объемы расширительных баков.

Строения имеют свойство терять температуру по причине разницы внутренней и наружной температуры воздушных масс. Теплопотеря увеличивается по мере увеличения площадей окон, крыш, фундаментов. Еще она связана с тем, из какого материала изготовлены окна, двери и какого они размера.

Главная цель мероприятий по расчетам применения котлоагрегатов – правильно выбрать нагревательный прибор, который будет способен к возмещению теплопотерь при пониженных температурах либо экстремальных морозах.

При одинаковой толщине деревянной и кирпичной стены они имеют разную интенсивность теплопроводности – теплопотеря конструкции из дерева меньше, соответственно, будет меньше и потребление от источников тепла. Внутренняя температура жилья всегда зависит от состояния воздушной среды. Так, стена, оконный проем, дверь, кровля зимой выпускают накопившееся тепло и наоборот, позволяют охлажденным массам воздуха попадать внутрь. Постоянная нагрузка котлоагрегата при потерях калорий в холодное время года легко регистрируются с помощью тепловизора. Как правило, она идет сквозь системы вентиляции и канализации. Когда рассчитывают теплопотери построек, учет таких данных, как правило, не производится. Хотя включать теплопотери через вентиляционные и канализационные систем в картину общих тепловых расчетов здания – верный выход из ситуации.

Значительное снижение теплопотерь, происходящих с помощью стройконструкций, дверных/оконных проёмов, возможно при помощи грамотно устроенной теплоизоляционной системы. Выполнение расчётов автономного отопительного контура загородного дома, не учитывая теплопотери стен, оконных проемов, дверей, кровли, фундамента, нельзя. Вернее, невозможно будет выполнить мощностные расчеты отопительного котлоагрегата, соответствующие тому, чтобы обогреть коттедж при самых неожиданных и значительных понижениях температуры внешнего воздуха.

Для примера возьмем стандартное здание: «коробка» квадратной формы с фасадами 12 м и 7 м по высоте; 16 стенных проёмов по 2,5 м2; фасад кирпичный с толщиной стен в два кирпича.

Для выяснения показателя сопротивления теплопередаче существует формула – для фасада необходимо делить толщину стен на λ. Чтобы рассчитать показатели точно, будет необходимо знать λ материала, применявшегося при постройке. Если кирпичные стены имеют λ, равное 0,56Вт/м/градусов Цельсия при толщине 0,51 м, то получается, что теплопередача будет равняться 0,51/0,56 = 0,91Вт/м2×градус Цельсия. Результаты необходимо округлить.

Необходимо указать, что проемы окон и дверей занимают 40 м2 от площади стен. При необходимости расчётов теплопотерь строений либо энергоэффективных домов такой коэффициент для ограждающих конструкций будет верным. Для застройки с этажностью не выше двух, которую возвели из стандартных материалов, можно не рассчитывать теплопотери на двери и окна, то есть не вычитать их метраж из общего метража фасадов.

Чтобы выяснить теплопотери 1 кв. м. стены, если разница температуры внутри и снаружи равна 1 градусу Цельсия, необходимо разделить 1 на рассчитанное выше сопротивление теплопередач стен – 1: 0,91 = 1,09Вт/м2·0С. Теперь, получив теплопотерю 1 м2, определяют теплопотери, измерив конкретную температуру снаружи. Например, при 20 градусов выше нуля внутри, а снаружи 17 градусах ниже нуля, получается температурная разница (20+17=37 градусов). При этих условиях общая теплопотеря такого коттеджа будет: 0,91·336·37= 11313 Вт.

Теплопотерю можно рассчитать подобным образом: 11313 λ (теплопотери, которые были получены в результате расчетов, приведенных выше) · 1ч: 1000 Вт = 11,313 кВт/ч.

Чтобы вычислить теплопотери за 24 часа, полученные значения теплопотери за 1 ч нужно умножить на 24: 11,313·24 = 271,512 кВт/ч. Можно привести пример теплопотери на 7 месяцев (это приблизительная длительность отопительного сезона в наших широтах): 7·30 дней · 271,512 (рассчитанная теплопотеря за сутки) = 57017,52 кВт/ч.

Расчет теплопотерь вентиляции в сезоне, когда здание отапливается можно произвести, также рассчитав условное здание квадратной формы со стеной высотой 7 метров и 12 метров шириной. Если не учитывать объёмы предметов, находящихся внутри и перегородок, производят расчет объема внутреннего воздуха в таком коттедже: 12·12·7 = 1008 м3. Таким образом, взяв температуру в +20градусов за среднюю в условиях отопления, его плотность (р) будет 1,2047 кг/м3, а удельную теплоемкость определяют в 1,005 кДж/ (кг·градус Цельсия). Соответственно, внутренняя масса воздуха будет равна: 1008·1,2047=1214,34 кг. Можно предположить, что смена внутреннего воздушного объема будет происходить 5 раз. Надо отметить зависимость количества смен объёма воздуха от потребности в притоке от количества людей, проживающих в коттедже.

Сейчас, когда выяснено количество тепла, потраченное для обогрева внутреннего воздушного объема при пятиразовом обмене с помощью системы притока, возможно узнать теплопотерю 7-месячного отопления «на воздух»: 7 месяцев · 30 дней · 45,76 = 9609,6 кВт/ч.

К сожалению, в наших широтах тратить тепло на обогрев вентиляции (так называемые «инфильтрационные затраты») необходимо для полноценного существования. Приходится выполнять расчеты для нагревания приточного воздуха, добавлять их к теплопотерям и это необходимо помнить, когда будет происходить выбор отопительной системы с котлоагрегатом.

Теплоэнергия может уходить и на обогрев канализации и горячее водоснабжение. В летнее время года вода обычно нагревается самостоятельно; в зимний же период она бывает не более +5 градусов. Купаться, принимать душ, мыть посуду или стирать с помощью только холодной воды нельзя. Даже та вода, которая находится в унитазном бачке, отдает тепло при контакте стенок с воздухом и забирает какое-то количество положительной температуры. Вода, которая нагревается при помощи газа, также тратится при удовлетворении бытовых нужд, поскольку она сливается в канализационные трубы.

Пример: при расчетах на семью из 3 персон расходуется 17 м3 воды каждый месяц. Р воды = 1000 кг/куб3, 4,183 кДж/кг·градус Цельсия – является ее удельной теплоемкостью. Если взять среднюю температуру горячей воды для удовлетворения бытовых нужд как +40 градусов Цельсия, то разницей температур между входящим объемом не нагретой (+5 градусов) и подогретой (+30 градусов) будет 25 градусов Цельсия.

Чтобы рассчитать канализационные теплопотери, нужно: 17·1000 (ее плотность) · 25 · 4,183 = 1777775 кДж. При переведении килоджоулей в кВт/ч: 1777775: 3600 = 493,82 кВт/ч. Соответственно, за семь месяцев в канализационные трубы утекает 493,82·7= 3456,74 кВт тепла.

Надо отметить относительно малую величину расхода тепла для разогрева воды для соблюдения гигиены в сравнении с потерей калорий в наружных стенах и с вентиляционными потерями. Так или иначе, эти энергопотери также являются энергозатратами, нагружающими отопительные сети и вызывающими увеличенные траты на газ.

Котлоагрегатом пользуются при возмещениях теплопотерь сооружений. Если используется отопительная система с двумя контурами либо котлоагрегат оснащен бойлером косвенного нагрева, использующимся при нагревании воды, предназначенной для умывания и принятия душа, то рассчитав теплопотерю за 24 часа и расходы горячей воды «в сброс», возможно определение необходимой мощности котлов для площадей с известным метражом.

В связи с конструкцией, котлом с одним контуром производится исключительно поднятие температуры теплоносителя в системе отопления. Чтобы определить его отопительную мощность, нужен расчет затрат теплоэнергии фасадами объекта и нагрева заменяемого внутреннего объема воздуха дома.

Необходимые теплопотери в кВт/ч за каждые 24 часа обсчитываются по следующему примеру: 271,512 + 45,76 (потери тепла на нагревание приходящих воздушных масс в сутки) = 317,272 кВт/ч. Отсюда потребуется котёл 317,272: 24=13,22 кВт. При соблюдении всех условий такой тип котлоагрегата будет в активном действии, что обязательно снизит время его эксплуатации. Считается, что при понижении температуры ниже минимума (что бывает достаточно часто), его расчетная мощность окажется недостаточной, так как произойдут большие перепады температур между внешней и внутренней поверхность. стен и потери тепла объекта станут резко возрастать. Из-за этого отопительное устройство, которое выбиралось с учетом усредненных расчетов теплоэнергозатрат, наверняка не справится с сильно пониженными температурами снаружи. Здесь рациональной идеей может быть увеличение мощности котлоагрегата на одну пятую: 13,22·0,2+13,22=15,86 кВт.

При произведении расчетов качественного и эффективного обогрева, обеспечивающего постоянным теплом любые частные дома либо торговые центры, не стоит стараться экономить средства при приобретении радиаторов.

Лучшим вариантом станет приобретение анодированных либо даже вакуумных батарей. Любой такой прибор отлично защищен от появления ржавчины, соответственно, будет эксплуатироваться как минимум двадцать- тридцать лет. Согласно инструкции, такое оборудование снабжено теплопередающей способностью как минимум 220 Вт. Надо сказать, что вакуумный отопительный радиатор является последним словом в совершенствовании отопительных систем как самый экономичный по сравнению со всеми типами современных радиаторов. Он универсален при выборе мест установки и может монтироваться и в жилых помещениях, и в торговых залах.

Укрупненным качеством и экономичностью отличаются те радиаторы, которые изготовлены из цветных металлов. На сегодняшний день в торговых сетях представлено большое разнообразие отопительного оборудования, изготовленного из алюминия и меди и их сплавов с самыми различными показателями мощностей и габаритов. Чтобы создать какой-то определенный дизайн, изготавливают вертикально направленные радиаторы, хорошо вписывающиеся в ограниченный объем пространства, предназначенный для них.

Расчет мощности отопления для частных домов не представляет собой никаких затруднений и проводится с учетом поступлений Гкал (гигакалорий) и расходования тепла. Для всех примеров, указанных выше, не требуется большого количества параметров, что позволяет произвести быстрое и точное вычисление.

О том, как рассчитать систему отопления, смотрите в следующем видео.